Jednym z naszych głównych celów, na których skupialiśmy się przez ostatnie dwa miesiące, było rozwiązanie problemu VFA (Vertical Fine Artifacts, czyli „drobne artefakty pionowe”) w drukarce Prusa CORE One i innych. Wrzuciłem posta, a następnie aktualizację i kolejną z całego procesu, a teraz z przyjemnością mogę powiedzieć, że dzięki ostatnim zmianom możemy zamknąć ten rozdział.

Jak to czasem bywa, jedno prowadzi do drugiego. Nasza praca nad VFA zaowocowała znaczną poprawą jakości wykończenia powierzchni wszystkich wydruków – jest to nowa funkcja w PrusaSlicerze, którą wykorzystać może prawie każda drukarka 3D na rynku! Rozwiązanie jest całkowicie otwarte i nie mogę się doczekać, aby zobaczyć, w jakim kierunku pójdzie np. @softfever, rozwijając OrcaSlicer. A to dopiero początek – jest wiele tematów do omówienia. VFA to tylko wierzchołek góry lodowej.

Przed wprowadzeniem na rynek nowej drukarki przeprowadzamy szeroko zakrojone testy z wykorzystaniem tomografii komputerowej i systemów multisensorowych, które potwierdzają wyjątkową dokładność naszych urządzeń. Dla wielu użytkowników właśnie to jest „najwyższa jakość druku”. To, co projektujesz, jest tym, co drukujesz. Nie chodzi jednak tylko o wytrzymałość i precyzję wydruków. Zależy nam również na estetycznym wykończeniu powierzchni. Innymi słowy, jakość druku możemy oceniać z wielu perspektyw – dosłownie.

Przed nami dłuższy artykuł, więc oto TL;DR:

  • 2 nowe fajne funkcje PrusaSlicera;
  • Ulepszone profile drukowania;
  • Nowy tuner paska (oraz kontrola, czy głowica nie zderza się z ogranicznikiem podczas bazowania);
  • Rezultat: jednolite powierzchnie i zniwelowanie VFA.

Problem: błyszczące powierzchnie pomieszane z matowymi

Na pewno to znasz. Drukujesz model i z jakiegoś powodu niektóre jego części są błyszczące, a inne matowe, co tworzy brzydkie poziome pasy. Jest to szczególnie widoczne na częściach mechanicznych, które często są drukowane z czarnego PETG, który może być BARDZO błyszczący.

Przyczyną jest funkcja „spowolnienia dla chłodzenia”. Podczas drukowania warstw o małym przekroju maszyna musi zwolnić, aby gorące tworzywo miało wystarczająco dużo czasu na ostygnięcie i zestalenie się przed położeniem kolejnej warstwy. Bez tego model uległby deformacji. Jednak właśnie w tym momencie materiał uzyskuje inne właściwości optyczne, co prowadzi do niespójnego wykończenia powierzchni. Niektóre materiały są bardziej podatne na to zjawisko, a w innych nie jest ono zauważalne.

Problem ze starą metodą

Wszystkie slicery wychodzące ze Slic3r’a próbują sobie z tym poradzić, zmuszając drukarkę do spowolnienia każdego elementu wydruku dla całej warstwy (tj. jednocześnie obrysów, wypełnienia itd.). Problem polega na tym, że drukowanie błyszczącego filamentu z różnymi prędkościami zmienia jego połysk i ogólny wygląd. Co gorsza, spowolnienie może czasami zmusić drukarkę do pracy z prędkością powodującą drgania lub rezonans ramy. Drgania te są następnie przenoszone z powrotem na wydruk, co powoduje nierównomierne wykończenie powierzchni i widoczne artefakty (VFA!) na zewnętrznej powierzchni modelu.

Wszystko to można zobaczyć w PrusaSlicerze w podglądzie G-code, wybierając wyświetlanie prędkości lub, jeszcze lepiej, rzeczywistej prędkości.

PrusaSlicer Beta 2.9.3 z nową opcją „Jednolita powierzchnia”

Nowy PrusaSlicer w wersji beta został wyposażony w ogromnie przydatną funkcję nazwaną „Jednolita powierzchnia”. Ta nowa strategia chłodzenia jest znacznie bardziej inteligentna. Priorytetowo traktuje spowolnienie mniej widocznych obszarów, takich jak wypełnienie. Spowalnia obrysy tylko wtedy, gdy jest to absolutnie konieczne, a nawet wtedy utrzymuje pierwotną prędkość w ostatnim segmencie pętli. Pozwala to uzyskać znacznie bardziej jednolitą prędkość drukowania i wykończenie powierzchni na całym modelu.

W przypadku czarnego PETG poprawa jest spektakularna. W przypadku matowych filamentów różnica jest bardziej subtelna, ale nadal widoczna, jeśli przyjrzysz się dokładniej.

Poprawa jest najbardziej widoczna na czarnym PETG.

 

Na wydrukach z matowych filamentaów, takich jak ten PLA, różnica jest widoczna dopiero, gdy przyjrzymy się bardzo dokładnie.

Możesz przywrócić poprzednie zachowanie w menu Ustawienia filamentu – Chłodzenie – Logika chłodzenia przez spowalnianie.

Przy okazji, podczas pracy nad tym zagadnieniem zauważyliśmy, że OrcaSlicer ma funkcję o nazwie „Don’t Slow Down Outer Walls” („Nie spowalniaj zewnętrznych ścian”), która została opracowana aby rozwiązać ten problem w inny sposób. Szczególnie „igiannakas” wykonał świetną robotę w tej kwestii. Nasza implementacja jest inna, ale osiąga podobny efekt i jesteśmy jej na tyle pewni, że możemy ją włączyć domyślnie. Kluczową różnicą jest to, że nasza metoda nadal uwzględnia obrys zewnętrzny podczas obliczania spowolnienia chłodzenia, a także inne sprytne sztuczki.

Zmniejszony ringing na powierzchniach zewnętrznych przy przyspieszeniu krótkich ruchów jałowych

Aby zredukować artefakty w postaci ringingu (lub „ghostingu”), zajęliśmy się kolejnym źródłem drgań: krótkimi ruchami jałowymi między obrysami. Są to niezwykle krótkie ruchy, które zajmują niezauważalnie mało czasu, ale mogą powodować zaskakująco duże drgania.

Oto powód: te ruchy są często prostopadłe do ściany powłoki pionowej. Gdy drukarka stosuje domyślne, wysokie przyspieszenie tego ruchu, powoduje to gwałtowne szarpnięcie, które może wywołać drgania całej drukarki. Chcemy uniknąć zaokrąglania narożników, często spotykanego w druku przy agresywnch parametrach Input Shapingu, ale nasze obecne ustawienia nie sprawdziły się w przypadku tych krótkich, szybkich ruchów.

Nowa strategia cięcia w PrusaSlicerze rozwiązuje ten problem. Automatycznie stosuje łagodniejsze przyspieszenie tylko dla tych bardzo krótkich ruchów na obrysie zewnętrznym, podczas gdy normalne ruchy pozostają w domyślnych przyspieszeniach. To ukierunkowane spowolnienie tłumi drgania tam, gdzie mają one największe znaczenie, co prowadzi do uzyskania bardziej gładkich powierzchni w pobliżu ostrych narożników bez wpływu na całkowity czas drukowania.

Zaczęliśmy od skupienia się przede wszystkim na CORE One, ale zauważyliśmy, że poprawi to również jakość druku w XL i MK4/S. Przetestowaliśmy nawet nową logikę chłodzenia i przyspieszeń krótkich ruchów jałowych na innych drukarkach dostępnych na rynku i zauważyliśmy, że one również czerpią korzyści z tych nowych strategii cięcia.

Gdzie wszystko się zaczęło. Czym są te VFA?

Myślę, że to najlepszy moment, aby wrócić do początku, ponieważ właśnie zasypałem Cię ogromną ilością informacji. Wszystko zaczęło się od naszych badań nad VFA – drobnymi pionowymi artefaktami. Czym one są?

VFA to mikroskopijne niedoskonałości ekstruzji, które powtarzają się w tym samym miejscu na każdej warstwie, tworząc pionowe linie na wydruku. Linie te są niewielkie, widoczne od 10 μm, a najgorsze, jakie można zaobserwować, mają około 40 μm od szczytu do doliny. Jest to zbyt mała wartość, aby można ją było wiarygodnie wykryć za pomocą większości sprzętu metrologicznego. Nie można ich nawet wyczuć ręką. Można je jednak dostrzec dzięki sposobowi, w jaki błyszczące filamenty odbijają światło. Innymi słowy, jest to niedoskonałość optyczna.

I jest to jedna z tych rzeczy, których nie da się nie zauważyć. Kiedy nauczysz się rozpoznawać VFA, obracając błyszczące wydruki (np. wykonane z czarnego PETG) tak, aby odbijały światło pod określonym kątem, zauważysz je praktycznie na każdym wydruku 3D na świecie.

VFA są powszechne w przypadku niemal wszystkich drukarek 3D dostępnych na rynku i nie ma jednej konkretnej przyczyny ich powstawania. Nie można się ich pozbyć np. poprzez wymianę pasków. Jest to wypadkowa wielu zmiennych. Istnieje kilka sposobów na ich ukrycie, od użycia matowego filamentu po obniżenie temperatury ekstruzji. Jednak właściwym rozwiązaniem jest zidentyfikowanie wszystkich źródeł VFA i zminimalizowanie ich.

Hej, naciągnij ten pasek!

Bardzo wcześnie wykluczyliśmy silniki z możliwych przyczyn. VFA, które obserwujemy w CORE One, nie odpowiadają konkretnej częstotliwości, która mogłaby być spowodowana właśnie przez nie. Ponadto silniki, sterowniki i napięcie są dobrze dostrojone od czasów MK4, a CORE One wykorzystuje ten sam zestaw.

Chociaż społeczność druku 3D zidentyfikowała kilka potencjalnych źródeł VFA, w tym rezonans silników i charakterystykę pasków, nasza dogłębna analiza dotkniętych tym problemem drukarek wskazała w przeważającej mierze na niewłaściwe naciągnięcie pasków w CORE One. Zaprojektowaliśmy nowe urządzenie do regulacji pasków, aby znaleźć optymalne naciągnięcie, a potem przystąpiliśmy do testów.

Na podstawie naszych badań wprowadzamy teraz ulepszoną procedurę regulacji paska i ulepszony tuner w aplikacji Prusa App. Zdecydowanie zalecam natychmiastową regulację – jestem przekonany, że zauważysz znaczną poprawę.

Przygotowaliśmy szczegółową instrukcję regulacji pasków. Będziesz potrzebować telefonu, aby otworzyć internetowy tuner pasków lub pobrać oficjalną aplikację Prusa App, gdzie znajdziesz również bezpośredni link do tunera. Jest to podejście ręczne, więc daje Ci dużą kontrolę nad całym procesem.

Zanim zaczniesz, oto moje osobiste rekomendacje:

  • Upewnij się, że ekstruder jest zaparkowany w prawym przednim położeniu.
  • Zacznij od pociągnięcia za górny pasek. Kiedy zaczniesz regulować naciągnięcie, ZAWSZE reguluj obie śruby (lewą i prawą) w takim samym stopniu (np. obie o pół obrotu). Bardziej logiczne może wydawać się obracanie tylko lewej śruby w celu regulacji górnego paska i pozostawienie prawej śruby bez zmian do momentu rozpoczęcia regulacji dolnego paska, ale w rzeczywistości spowoduje to skrzywienie bramy. Paski spotykają się w głowicy, więc są „połączone” i wpływają na siebie nawzajem. Nawet jeśli regulujesz najpierw jeden pasek, zawsze obracaj obie śruby o tę samą wartość. Przekrzywioną bramę można ponownie wyrównać, ale lepiej jest uniknąć tego zawczasu.
  • Niektóre smartfony mogą mieć problemy z prawidłowym odczytem częstotliwości drgań paska – wynika to z faktu, że niektórzy producenci dodają wbudowaną redukcję szumów do wejścia mikrofonowego. Aplikacja poinformuje Cię, jeśli tak jest. Jeśli Twój smartfon ma problemy z odczytem właściwej częstotliwości, spróbuj użyć innej przeglądarki mobilnej lub innego smartfona.

Jak już wcześniej wspomniałem, nadchodząca wersja FW będzie wykorzystywać efekt stroboskopowy dzięki sprytnemu użyciu PWM wbudowanych diod LED zamiast tunera paska. Ale efekt końcowy będzie taki sam: odpowiednie naciągnięcie pasków XY, tylko bez konieczności używania aplikacji. Warto również zauważyć, że po prawidłowym naciągnięciu pasków proces rozpoczyniania wydruku jest znacznie szybszy i powoduje mniej zderzeń z ogranicznikami osi podczas bazowania.

W tym momencie powinna być już widoczna poprawa jakości druku, ale aby osiągnąć naprawdę optymalny efekt, potrzebna będzie również nowa wersja beta PrusaSlicera.

Nowe i ulepszone profile druku dla CORE One

Porozmawiajmy krótko o profilach druku. Ogólnie dzielimy nasze profile na dwie kategorie – profile dla szybkiego drukowania (SPEED, DRAFT) oraz profile, które priorytetowo traktują właściwości mechaniczne wydruku (STRUCTURAL).

Zidentyfikowaliśmy prędkości obrysów w CORE One, przy których pojawiają się VFA. W przypadku większości profili rozwiązanie było stosunkowo proste. Dostosowaliśmy parametry, aby uniknąć artefaktów na wydruku, zachowując jednocześnie bardzo podobne czasy (niektóre prędkości zostały nieznacznie zwiększone, a inne zmniejszone). Jednak w przypadku naszych profili strukturalnych zmiana prędkości obrysów musiałaby być dość znacząca, co mogłoby mieć wpływ na właściwości mechaniczne gotowego modelu. Nie chcemy wprowadzać żadnych dużych, zaskakujących zmian w profilach o tej samej nazwie. Wiemy, że wiele osób używa CORE One na produkcji, gdzie wytrzymałość wydruków ma absolutny priorytet nad nierównomiernym połyskiem powierzchni w różnych kombinacjach materiałów. Dlatego wprowadziliśmy tylko niewielkie zmiany w profilach strukturalnych.

Oznacza to, że profile strukturalne nadal będą generować wydruki, w których mogą pojawić się VFA, zwłaszcza z PETG. Jeśli chcemy, aby profil ten pozostał profilem domyślnym dla bardzo trwałych, wytrzymałych wydruków 3D, musimy zaakceptować to jako niezbędny kompromis. Chcemy być tutaj jak najbardziej transparentni – oczywiście nie wszystkie profile mogą być takie same, a niektóre rzeczy są ograniczone przez fizykę. Gdybyśmy twierdzili, że każdy profil zapewnia najwyższą jakość, najlepszą przyczepność warstw, światowej klasy trwałość itd., oznaczałoby to, że jest to zasadniczo ten sam profil, a poszczególne parametry nie mają żadnego znaczenia.

Jednakże wprowadzamy dla CORE One nowe profile druku o nazwie BALANCED. Myślę, że staną się one nowym faworytem użytkowników. Łączą one wysoką prędkość z doskonałym wykończeniem powierzchni i dobrą integralnością strukturalną. Stały się już moimi ulubionymi w przypadku większości praktycznych wydruków, ale wszystko zależy od konkretnego zastosowania. Czasami może być konieczne użycie profilu DRAFT, aby uzyskać jak najszybszy wynik z wysokimi warstwami. W innych przypadkach profil SPEED sprawdzi się idealnie, gdy potrzebujesz szybkiego i czystego wydruku. W przypadku produkcji małych części mechanicznych nadal może być konieczne użycie profilu STRUCTURAL.

Podsumowując:

  • SPEED – bardzo szybki druk, doskonała jakość powierzchni, średnia trwałość
  • BALANCED – szybki druk, doskonała jakość powierzchni, dobra trwałość
  • STRUCTURAL – szybki druk, dobra jakość powierzchni, świetna trwałość

Dodajemy te profile również do EasyPrint, naszego chmurowego slicera.

Testy syntetyczne i ich wady

Zanim zakończę ten artykuł, jestem przekonany, że będzie on dla wszystkich doskonałą okazją do sprawdzenia, czy nasze rozwiązanie naprawdę działa – zachęcam do tego! Chciałbym jednak krótko wspomnieć o testach syntetycznych lub benchmarkach. Jest w 100% pewne, że jeśli zaczniesz szukać konkretnych obiektów, aby wymusić VFA, to w końcu go znajdziesz (lub zaprojektujesz). Nie ma naprawdę żadnego sposobu, aby pokonać test syntetyczny zaprojektowany w celu wykrycia konkretnego ustawienia drukarki i wykorzystania go. Zmiany i ulepszenia, o których dzisiaj mówię, są przeznaczone dla użytkowników drukarek 3D i ich rzeczywistych scenariuszy: zasadniczo dla tych, którzy chcą po prostu zdejmować z drukarki ładniejsze wydruki. Jestem pewien, że wzrost jakości jest znaczny – i to nie tylko na naszych drukarkach.

Na koniec krótkie podsumowanie:

Cóż, to chyba wszystko. 🙂 Zdaję sobie sprawę, że moje artykuły bywają długie, ale kiedy temat jest tak interesujący, trudno jest go streścić w kilku zdaniach. Osobiście uwielbiam dogłębne analizy i spojrzenia za kulisy. Jestem pewien, że nie jestem w tym sam. Mam nadzieję, że dzięki temu nasze relacje pozostają przejrzyste i dokładnie wiesz, czym się zajmujemy oraz dlaczego zdecydowaliśmy się działać w określony sposób.

Udanego drukowania!